Universidade Federal de São Paulo
Campus Diadema
Bianca Meira Gonçales Flores
Relação entre as taxas metabólicas padrão e a ocorrência de depressão
metabólica em anfíbios anuros
Diadema
2021
Bianca Meira Gonçales Flores
Relação entre as taxas metabólicas padrão e a ocorrência de depressão
metabólica em anfíbios anuros
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado como exigência parcial para obtenção do título de Bacharel em Ciências Biológicas, ao Instituto
de Ciências Ambientais, Químicas e
Farmacêuticas da Universidade Federal de São Paulo – Campus Diadema. Orientador: Prof. Dr. José Eduardo de Carvalho Coorientador: Prof. Dr. Fábio Cury de Barros
Diadema
2021
Flores, Bianca Meira Gonçales Relação entre as taxas metabólicas padrão e a ocorrência de depressão metabólica em anfíbios anuros / Bianca Meira Gonçales Flores. Diadema, 2021. 34 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Ciências Biológicas) Universidade Federal de São Paulo Campus Diadema, 2021. Orientador: José Eduardo de Carvalho Coorientador: Fábio Cury de Barros 1. Anura. 2. Metabolismo. 3. Depressão metabólica. 4. Taxa metabólica padrão. I. Título.
Assinatura
Assinatura
Universidade Federal de São Paulo – Campus Diadema
Bianca Meira Gonçales Flores
Relação entre as taxas metabólicas padrão e a ocorrência de depressão
metabólica em anfíbios anuros
Monografia apresentada como requisito parcial para a obtenção do título de bacharel do curso de Ciências Biológicas. Aprovado em: 22/02/2021
____________________________________
Prof. Dr. José Eduardo de Carvalho
Universidade Federal de São Paulo – Campus Diadema________________________________________
Prof. Dr. Marcelo José Sturaro
Universidade Federal de São Paulo – Campus Diadema________________________________________
Danilo Giacometti dos Santos Uehara Oliveira
Universidade Federal de São Paulo – Campus DiademaDiadema 2021
Assinatura
AGRADECIMENTOS
A Deus, em primeiro lugar, por me permitir viver e concluir este sonho de me formar em uma das melhores universidades do país, na área que escolhi para mim. Sou grata todos os dias de minha vida. Ao Prof. Dr. José Eduardo de Carvalho, por me apresentar a ideia deste trabalho e que sempre, mesmo durante uma pandemia, se mostrou disponível, disposto e paciente a me auxiliar no que fosse preciso. Começamos com um projeto simples, mas suas ideias e motivação fizeram este trabalho ir mais longe. Para mim é um orgulho te ter como orientador e trabalhar com você. Ao Prof. Dr. Fábio Cury de Barros, pela disponibilidade em participar e nos ajudar com todas as análises. Suas ideias, sugestões e conhecimentos foram fundamentais para a realização deste projeto. Aos meus pais, Elisângela e Valmir, por sempre me apoiarem e me motivarem a seguir meus sonhos. Sou imensamente grata pela oportunidade que vocês me deram de escolher e seguir meu caminho na Biologia, e por todo amor que recebi e recebo todos os dias. Sem vocês, isso não seria possível. Todo o meu amor a vocês. Aos queridos amigos que tive o prazer de conhecer durante a graduação. Sou grata por cada ajuda, risada, abraço, correção e motivação que recebi. Vocês são pessoas incríveis e todos contribuíram de alguma forma para que eu chegasse até aqui. A todos os professores que tive durante a graduação, que fizeram dessa experiência única e enriquecedora. Nunca me esquecerei desses momentos e de todo aprendizado.
RESUMO Em vertebrados ectotérmicos, as atividades metabólicas são diretamente relacionadas com as condições ambientais. Caso as condições do ambiente se tornem desfavoráveis, algumas espécies podem ingressar em um estado de depressão metabólica com o intuito de poupar energia. Esse estado de hipometabolismo é uma alternativa usada por vários grupos de ectotérmicos, inclusive os anfíbios anuros, que são utilizados como modelo para este trabalho. Para compreender melhor como as taxas metabólicas padrão de alguns anfíbios anuros estão relacionadas com eventos de depressão metabólica, analisamos dados já existentes na literatura sobre o assunto. Especificamente, testamos a hipótese de que espécies de anuros que exibem eventos de depressão metabólica são aquelas com maiores taxas metabólicas padrão quando comparadas com espécies que não possuem esse tipo de mudança no metabolismo. A partir dos dados que obtivemos, conduzimos as análises usando o método comparativo filogenético (PGLS). Em linhas gerais, nossos resultados indicaram não haver diferença entre as taxas metabólicas de espécies que exibem algum evento de depressão metabólica quando comparadas às espécies que não exibem hipometabolismo. Adicionalmente, comprovamos que não existe uma estruturação filogenética das taxas metabólicas, além da massa corpórea das espécies explicar cerca de 40% da variação das taxas metabólicas. Portanto, não corroboramos nossa hipótese e sugerimos que existam outros fatores que influenciam os as taxas metabólicas padrão e os eventos de depressão metabólica em anuros. Palavraschave: Anura. Metabolismo. Depressão metabólica. Taxa metabólica padrão.
ABSTRACT In ectothermic vertebrates, metabolic activities are directly related to the environmental conditions. If the environmental conditions become unfavorable, some species may enter in a state of metabolic depression in order to save energy. This state of hypometabolism is an alternative used by several groups of ectotherms, including anuran amphibians, which are used as a model for this work. To better understand how the standard metabolic rates of some anuran amphibians are related to metabolic depression events, we analyzed data already existing in the literature on the subject. Specifically, we tested the hypothesis that anuran species that exhibit metabolic depression events are those with higher standard metabolic rates when compared to species that do not have this type of metabolism change. From the data we obtained, we conducted the analyzes using the phylogenetic comparative method (PGLS). In general, our results indicated that there is no difference between the metabolic rates of species that exhibit some event of metabolic depression when compared to species that do not exhibit hypometabolism. Additionally, we prove that there is no phylogenetic structuring of metabolic rates, in addition to the species' body mass explaining about 40% of the variation in metabolic rates. Therefore, we did not corroborate our hypothesis and suggest that there are other factors that influence the standard metabolic rates and the events of metabolic depression in anurans. Keywords: Anuran. Metabolism. Metabolic depression. Standard metabolic rate.
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ...8
2. OBJETIVO E HIPÓTESE...10
3. MATERIAL E MÉTODOS...11
3.1. Coleta de dados...11
3.2. Análise comparativa filogenética...12
3.2.1. Conferência e dimensionamento dos dados...13
3.2.2. Cálculo do sinal filogenético...13
3.2.3. PGLS...14
4. RESULTADOS...15
4.1. N amostral e estatística descritiva...15
4.2. Sinal filogenético...17 4.3. ANCOVA filogenética...17 5. DISCUSSÃO...19 5.1. Relações filogenéticas e taxas metabólicas...20 5.2. Depressão metabólica e taxas metabólicas...21 5.3. Massa corpórea e taxas metabólicas...22 5.4. Outras perspectivas sobre a ocorrência de depressão metabólica...22 6. CONCLUSÃO...23 7. REFERÊNCIAS...24
1. INTRODUÇÃO
Os vertebrados ectotérmicos são animais que dependem de fontes externas de calor para regular suas temperaturas corpóreas e, consequentemente, controlarem as taxas com que os processos fisiológicos ocorrem (Angiletta et al., 2002). Isso acontece porque, nestes animais, as temperaturas, ambiente e corpórea, encontramse em equilíbrio na maior parte do tempo, o que implica que o desempenho para uma determinada atividade deve ser, em parte, limitado pela temperatura corpórea (Angiletta, 2009). Muitos animais ectotérmicos encontram alguma, se não substancial, variação diária e sazonal na temperatura corporal (Tb) devido a flutuações no ambiente térmico (Carey, 1979).
Um dos mais importantes processos afetados pela temperatura nos vertebrados ectotérmicos é a taxa metabólica padrão, a qual se refere à quantidade de energia química necessária para a manutenção das funções vitais do organismo, num determinado período de tempo (Ferreira et al., 2009). Em geral, a taxa metabólica padrão representa o gasto energético em condições onde o animal se encontra inativo, saudável, não estressado, fora do processo digestivo (ou pósprandial) e também fora do período reprodutivo (SchmidtNielsen, 2002). Assim, a taxa metabólica padrão é uma variável que informa sobre o custo de manutenção em uma determinada temperatura, sendo utilizada como referência para testar efeitos de diferentes fatores sobre a ciclagem energética nos ectotérmicos, assim como para comparação entre espécies (Angiletta, 2009).
Ao observarmos os modos de vida dos vertebrados ectotérmicos, bem como os diferentes ambientes que estes ocupam, podemos notar uma considerável diversidade interespecífica e uma interação de diversas formas com o ambiente térmico (Andrade et al., 2016). Por isso, podemos esperar que mudanças sazonais na temperatura, na disponibilidade de recursos alimentares ou no balanço hídrico podem influenciar de forma direta o metabolismo desses animais (Navas et al., 2008). De um modo geral, quando as condições desses ambientes se tornam desfavoráveis, alguns ectotérmicos exibem algum tipo de depressão metabólica, que é uma redução da taxa metabólica abaixo do valor normal de repouso (Guppy e Withers, 1999).
Alguns exemplos de depressão metabólica em vertebrados ectotérmicos são a hibernação (relacionada a uma diminuição drástica da temperatura corpórea), a anaerobiose (em resposta à diminuição nos níveis de oxigênio), a tolerância ao congelamento (quando ocorre congelamento verdadeiro dos órgãos) e a estivação (resposta à diminuição da
disponibilidade de água no ambiente) (Storey e Storey, 1990). O período de inatividade depende das condições do ambiente e da espécie em questão, podendo variar de alguns dias ou semanas consecutivas, a até uma estação inteira (Cooper, 2010). Nesses casos, as taxas metabólicas são reduzidas drasticamente poupando energia enquanto durarem as condições desfavoráveis e/ou de estresse no ambiente (Guppy, 2004).
As modificações fisiológicas exibidas pelos organismos, que permitem com que os grupos lidem com os desafios impostos pelos ambientes que ocupam, tendem a ser similares em diferentes linhagens – o que representa um paralelismo evolutivo (Rossi, 2020; Elias & Tawfik, 2012; Bolnick et al., 2018). Tais modificações normalmente estão relacionadas à regulação das reações bioquímicas que ocorrem nas células em todos os órgãos, por exemplo, a repriorização de funções celulares para conservar o uso de energia, e outros mecanismos (Storey, 2015).
Além disso, é possível que para as espécies que apresentam relativas altas taxas metabólicas, ingressar em um estado de hipometabolismo possa ser a única alternativa quando os recursos do ambiente limitam a manutenção da atividade diária (Hillman et al., 2009). Assim, espécies que possuem altas taxas metabólicas seriam mais propensas a exibir episódios de depressão metabólica em comparação com aquelas cujo custo de manutenção seja menor. Apesar de plausível, esta hipótese não foi formalmente testada entre os ectotérmicos até o momento.
Os anfíbios anuros constituem um grupo bastante diverso dentre os vertebrados ectotérmicos quanto à morfologia, fisiologia e o comportamento, além de estarem presentes em uma grande variedade de habitats (Wells, 2007). Um dos maiores desafios desses organismos é que o metabolismo e a termorregulação não são apenas acoplados, mas também controlados por fatores externos, como a temperatura ambiente (Mokhatla et al., 2019), e, algumas espécies manifestam um estado de hipometabolismo em decorrência de mudanças nas condições desses ambientes que ocupam (Hillman et al., 2009).
Dentre esses casos de depressão metabólica em anuros, o mais comumente observado é o estado de inatividade, conhecido como “estivação”, caracterizado por um conjunto de mudanças morfológicas, fisiológicas, bioquímicas e comportamentais que aumentam a sobrevivência durante as estações e períodos de seca, associados à baixa disponibilidade de água e altas temperaturas (FerreiraCravo et al., 2010; Carvalho et al., 2010). Em anuros que habitam regiões áridas e semiáridas, a estivação ocorre em resposta a um ambiente seco e pode durar por períodos que variam de semanas a anos, dependendo da espécie (Groom et al., 2013). Outras poucas espécies também exibem formas alternativas de depressão metabólica
como estratégia de conservação de energia, como espécies escavadoras e outras que formam um casulo epidérmico conhecido como “cocoon” (Withers & Thompson, 2000). Por essa razão, os anfíbios anuros são interessantes para se estudar como ocorrem as relações entre as condições do ambiente e as respostas metabólicas. A literatura é relativamente abrangente quanto a estudos sobre as taxas metabólicas de anfíbios anuros, o que nos permite conduzir uma análise ampla sobre a evolução das taxas metabólicas e sua relação com a ocorrência de eventos de depressão metabólica nesses animais.
Neste trabalho, partimos da premissa já demonstrada na literatura de que a depressão metabólica é um mecanismo que visa poupar energia durante períodos desfavoráveis. Assim, propomos testar se as espécies que possuem altas taxas metabólicas padrão seriam as mais propensas a ingressarem em estado hipometabólico quando as condições ambientais se tornam adversas. Podemos nos perguntar se as espécies de anfíbios anuros que exibem algum tipo de depressão metabólica possuem custos de manutenção básicos (taxa metabólica padrão) mais altos quando não estão em hipometabolismo. Portanto, este trabalho compara dados já disponíveis na literatura, e testa a hipótese de que “as espécies de anuros nas quais há registro de hipometabolismo, por algum período do ano, são aquelas que possuem as maiores taxas metabólicas padrão em comparação com as espécies que não exibem esse tipo de mudança drástica no metabolismo”.
A compreensão de que as comparações interespecíficas devem considerar a história evolutiva das espécies resultou em mudanças profundas nos estudos comparativos durante as últimas décadas. Esses métodos aumentaram muito os tipos e qualidades de inferências que podem ser extraídas de dados comparativos e abriram novos campos de pesquisa em fisiologia que ainda estão em desenvolvimento (Rezende & DinizFilho, 2012; Felsenstein, 1985;). Isso porque o emprego de análises filogenéticas em estudos comparativos é fundamental para corrigir os graus de liberdade da análise estatística, evitando erros de interpretação dos resultados. O uso desse método requer a disponibilidade de uma topologia bem suportada, que reflita a evolução das relações entre as linhagens estudadas (Garland et al., 2005). 2. OBJETIVO E HIPÓTESE
Nosso objetivo com esse trabalho foi investigar de que forma as taxas metabólicas padrão de algumas espécies de anfíbios anuros estão relacionadas com eventos de depressão metabólica, em alguma de suas manifestações. Especificamente, fizemos um levantamento de
informações disponíveis na literatura a respeito das taxas metabólicas padrão em anuros e, através de uma analise comparativa considerando as relações filogenéticas entre as espécies, buscamos testar a hipótese de relação positiva entre o custo de manutenção e a ocorrência de eventos de depressão metabólica. Este trabalho contribui para a ampliação do conhecimento geral sobre o metabolismo energético de anfíbios anuros e como estas espécies lidam com as condições ambientais, de modo a aumentar a compreensão de como estados de hipometabolismo estão relacionados com taxas metabólicas padrão mais altas. 3. MATERIAL E MÉTODOS 3.1. Coleta de dados Realizamos um amplo levantamento dos artigos disponíveis referentes ao metabolismo de anfíbios anuros, além de uma revisão da bibliografia existente para coletar dados sobre as “taxas metabólicas padrão”, ou “taxas metabólicas de repouso”, do maior número de espécies possível. Com esse levantamento, buscamos por resultados já publicados sobre espécies que manifestam algum estado de hipometabolismo (estivação ou hibernação), assim como de espécies que não exibem nenhum tipo de depressão metabólica.
Usamos as plataformas de dados acadêmicos “Web of Science” e “Google Schoolar”, para encontrar artigos existentes sobre o assunto. Nossas pesquisas contaram com as seguintes variáveis de interesse: ‘espécie’, ‘taxa metabólica padrão’ ou ‘taxa metabólica de repouso’, ‘taxa metabólica em atividade’, ‘taxa metabólica durante a depressão metabólica’, ‘massa corpórea’ e ‘temperatura’ em que as medidas foram realizadas. Realizamos as buscas bibliográficas a partir de combinações das palavraschave ‘amphibia’ e ‘anura’ com pelo menos um dos termos ‘metabolic rate’, ‘oxygen consumption’, ‘metabolic depression’, ‘estivation’ ou ‘standard metabolic rate’ sobre o assunto, juntamente com os rótulos de campo e boolianos da própria plataforma.
Em geral, os diversos autores utilizam como um indicativo das taxas metabólicas padrão ou de repouso as “taxas de consumo de oxigênio específicas (VO2)” relacionadas com
o metabolismo aeróbio dos animais. A VO2 é expressa em ‘variação do volume de gás’ por
unidade de tempo (volume de O2 consumidos por unidade de tempo e por unidade de massa
corpórea expressa como, por exemplo, mLO2/h/g). Nos casos em que os artigos utilizados não
artigos, livros ou sites de literatura referenciais sobre anfíbios anuros (como “Amphibia Web”).
Assim, filtramos os dados que encontramos e os organizados em uma planilha no Excel (Microsoft Corp.) e, posteriormente, convertemos os valores compilados para uma mesma unidade de medida (mLO2/h/g) e para uma mesma temperatura (20ºC), possibilitando
assim a comparação entre eles. Para as correções para uma mesma temperatura, utilizamos um coeficiente de temperatura (conhecido como Q10) de 2.5, por ser este o valor mais comum aos
efeitos da temperatura sobre o metabolismo de organismos ectotérmicos (SchmidtNielsen, 2002; Stuginski et al., 2017). 3.2. Análise comparativa filogenética Após a organização dos dados, utilizamos a hipótese filogenética proposta por Pyron (2014), por ser a mais recente e abrangente para o grupo de anuros, para testarmos a evolução da taxa metabólica padrão de modo comparativo (Frost et al., 2006). O uso de métodos comparativos filogenéticos é de extrema importância em trabalhos desse tipo, uma vez que as espécies compartilham ancestrais no tempo e, portanto, não são independentes (Felsenstein, 1985; DinizFilho, 2000). Para isso realizamos uma abordagem similar à realizada por Stuginski e colaboradores (2017), utilizando a plataforma R versão 4.0.3 e o programa RStudio versão 1.3.1056 para as análises estatísticas.
Inicialmente testamos a evolução das taxas metabólicas padrão em anfíbios anuros per se, por meio de um teste de sinal filogenético e, em seguida, comparamos as taxas de consumo de oxigênio (VO2) das espécies que exibem algum tipo de hipometabolismo com
aquelas das espécies que não manifestam qualquer tipo depressão metabólica. Neste último passo, utilizamos a regressão filogenética (phylogenetic generalized leastsquares regression PGLS) para tesar o grau de dependência entre o VO2 e a ocorrência ou não de depressão
metabólica entre as espécies, incluindo a massa corpórea como covariável (Stuginski et al., 2017). Assumimos 0.05 como nível de significância em todas as análises. O detalhamento específico está descrito nas seguintes subseções.
Para algumas espécies que encontramos dados de VO2, os respectivos artigos não
especificavam a massa corpórea dos indivíduos estudados, assim como não havia esta informação disponível em outras fontes de consulta. Nesses casos, resolvemos retirar essas espécies das nossas análises, para que não houvesse erro de informação faltante durante as análises no software RStudio. Da mesma forma, retiramos das análises as espécies para as
quais encontramos dados de VO2, mas não estavam presentes na filogenia que usamos como base. Por fim, desconsideramos da filogenia de Pyron (2014) todas as espécies de anfíbios não anuros e as que não estavam no nosso banco de dados. 3.2.1 Conferência e dimensionamento dos dados
Primeiramente, alguns dos artigos selecionados que traziam informações de taxas metabólicas aferidas, não especificavam a massa corpórea dos indivíduos estudados. Como a informação faltante foi menor do que 10% dos casos, essas espécies foram retiradas das nossas análises corrigindo o erro de informação faltante de acordo com Gotelli & Elison (2011). Da mesma forma, recortamos do conjunto de dados as espécies para as quais existiam valores de massa e taxa metabólica disponíveis, mas não estavam presentes na filogenia que usamos como base.
O último passo foi desconsiderar da filogenia de Pyron (2014) todas as espécies de anfíbios que não estavam contempladas no nosso banco de dados. Para tanto, utilizamos a função ‘drop.trip’ relativa ao pacote ‘ape’ (Paradis & Schliep, 2019). Fizemos a intersecção das espécies contidas na filogenia de Pyron (2014, ver figura 1) com as espécies contidas no nosso banco de dados, para garantir a equivalência de ordem de ambas através da função ‘intersect’, pertencente ao mesmo pacote em RStudio.
Após redimensionar o conjunto de dados, realizamos a estatística descritiva incluindo o cálculo da média dos valores, que contém nosso n amostral e a média dos valores de VO2
para espécies com ou sem eventos de depressão metabólica, e outras informações, como o intervalo de confiança, desvio padrão, máximo e mínimo, utilizando o pacote ‘psych’ (Revelle, 2020) (fig.2). A normalidade e homocedasticidade foram testadas por meio do pacote ‘fitdistrplus’ (DelignetteMuller and Dutang, 2015), e a foi realizada a logaritimização das variáveis (i.e. taxa metabólica e massa corpórea), que confirmou uma distribuição normal e homogênea dos dados.
3.2.2. Cálculo do sinal filogenético
O sinal filogenético sobre as taxas metabólicas padrão das espécies, foi calculado como uma indicação do grau de plasticidade da variável. O sinal filogenético com valores altos é um indicativo de que, as diferenças observadas entre as linhagens na variável em
questão seguem um padrão estruturado ao longo do tempo evolutivo. Em contrapartida, um sinal filogenético baixo reflete taxas de evolução mais variáveis para a característica entre espéciesirmãs (Blomberg et al., 2003). Para este cálculo, utilizamos duas metodologias, a proposta por Blomberg e colaboradores, (2003), onde o sinal filogenético é determinado pelo índice K, e o cálculo do lambda de Pagel (Pagel, 1999). Em ambos, o sinal filogenético pode variar entre 0 e 1. Quando o sinal filogenético é 0, ou mais próximo de 0, representa a plasticidade fenotípica da variável – ou seja, a evolução da característica reflete uma filogenia estelar, com independência dos dados em relação à história evolutiva do grupo. Quando é igual ou mais próximo de 1, reflete um modelo de evolução estruturado filogeneticamente, em que os valores de VO2 de espécies irmãs, tendem a se parecer entre si. O sinal filogenético dos
valores de VO2 foi calculado pela função ‘phylosig’ do pacote ‘phytools’ (Revell, 2012), e a
opção pela utilização dos dois índices se reflete no fato de que o K de Blomberg pode ser mais sensível à variação quando utilizado com um ‘n amostral’ reduzido (i.e. abaixo de 100) (Munkemuller et al. 2012).
3.2.3. PGLS
Testamos a relação dos valores de VO2 em função dos grupos (que entram ou não em
depressão metabólica), usando a massa corpórea de cada espécie como uma covariável no modelo, em uma base filogenética (ANCOVA filogenética). Usamos na análise a estrutura de correlação derivada de um modelo de evolução por movimento browniano via ‘corPagel’ (package ape Paradis et al. 2004), com valor de lambda (λ) fixo em 1 (um), 0 (zero) e 0,5. Os modelos foram testados pela função ‘gls’ no pacote ‘phytools’ (Revell, 2009), inicialmente usando a interação entre os termos massa*grupo. Como o fator de interação não foi significativo em nenhuma instância, os modelos foram reduzidos – excluindose os termos de interação (seguindo Burnham e Anderson, (2002)). Usamos o critério de avaliação de Akaike de amostras reduzidas (AICc) para selecionar o modelo com melhor ajuste nos resíduos. Modelos com uma diferença igual ou menor a 2 (delta AICc < 2) foram considerados equivalentes (Burnham e Anderson, 2002).
Modelos selecionados com valor de lambda igual a 1 indicam que os resíduos da relação entre a variável resposta e as variáveis preditoras evoluem segundo a relação entre as espécies (ou seja, o que sobra da variação da taxa metabólica padrão evoluiu segundo as relações de parentesco entre as espécies). Valor de lambda igual a 0 indica que os resíduos da regressão não seguem uma estrutura filogenética e, portanto, são plásticos. E, se lambda igual
a 0,5, indica que a variação nos resíduos é parcialmente estruturada. O resultado do modelo final para a regressão filogenética (PGLS) foi confirmado com os pacotes ‘caper’ (Orme et al., 2018) e ‘phytools’. 4. RESULTADOS 4.1. N amostral e estatística descritiva Encontramos registros de VO2 para 73 espécies de anfíbios anuros. Utilizando nossos
critérios para seleção de dados, concluímos o trabalho com uma árvore filogenética ultramétrica com 62 espécies com registros válidos (fig.1). Estas espécies estão distribuídas entre as famílias seguintes famílias (número de espécies): Hylidae (19), Bufonidae (10), Ranidae (5), Hyperoliidae (4), Dendrobatidae (4), Eleutherodactylidae (3), Leptodactylidae (3), Microhylidae (3), Myobatrachidae (3), Alytidae (1), Bombinatoridae (1), Ceratophryidae (1), Dicroglossidae (1), Odontophrynidae (1), Pipidae (1), Pyxicephalidae (1), Scaphiopodidae (1). Os valores que encontramos estão disponíveis no anexo I, juntamente com as referências dos trabalhos, e a tabela 1 traz a descrição dos valores médios, n amostral, e desvios por grupo metabólico.
Figura 1. Árvore filogenética utilizada neste estudo, baseada em Pyron (2014), contendo apenas as espécies para as quais há informações sobre as taxas de consumo de oxigênio (VO2).
Tabela 1. Estatística descritiva sobre os valores de taxa de consumo de oxigênio em repouso (VO2 em
mLO2/h/g) e a massa corpórea (BM, em gramas) das espécies de anfíbios anuros que exibem depressão
metabólica e daquelas que não manifestam esse comportamento;
variável grupo n média dp mediana min máx ep
VO2 Depressão 10 0,06 0,03 0,05 0,02 0,10 0,01 VO2 Sem depressão 52 0,08 0,06 0,06 0,01 0,41 0,01 BM Depressão 10 86,47 162,08 21,33 5,11 520,00 51,25 BM Sem depressão 52 30,33 51,43 7,13 0,28 238,00 7,13 Número amostral, representando o número de espécies (n); desvio padrão (dp); erro padrão (ep); mínimo (min), máximo (máx) e mediana dos valores.
4.2. Sinal filogenético
Utilizando as 62 espécies do nosso banco de dados, identificamos que o sinal filogenético das taxas metabólicas padrão foi [K=0,1627], ou seja, não foi significativo. O resultado do K de Blomberg foi convergente com os valores de sinal filogenético para lambda de Pagel e o valor de p não foi significativo, [6,610705, p=1] indicando que a taxa metabólica padrão entre as 62 espécies amostradas evoluiu plasticamente. 4.3. ANCOVA filogenética
A relação da taxa metabólica de repouso com as variáveis preditoras pode ser explicada pela massa corpórea, mas não varia entre grupos que exibem ou não exibem depressão metabólica. No caso, os valores de VO2 decaem com o aumento da massa corpórea
(relação é negativa), mostrando que indivíduos maiores têm proporcionalmente taxas de consumo de oxigênio especificas mais baixas em relação a indivíduos menores (figura 2).
Além disso, não há diferença entre as medidas dos valores de VO2 entre as espécies de
anuros que exibem algum tipo de depressão metabólica em comparação com as espécies que não exibem este fenômeno (tabela 1).
Figura 2. Regressão filogenética entre log da taxa de consumo de oxigênio padrão (VO2 em mLO2/g/h) e o log
da massa corpórea (BM) com das espécies que exibem depressão metabólica (círculos) e as espécies que não exibem depressão metabólica (triângulos).
No melhor modelo selecionado (λ=0), a massa corpórea explicou cerca de 40% da variação no VO2 de repouso, embora as medidas do consumo de oxigênio entre grupos foram
similares (tabela 1, tabela 2). Outro ponto é que, a seleção do melhor modelo com lambda igual a 0 (modelo 2 da tabela 2), indica que os resíduos da regressão filogenética são plásticos, não possuem estruturação filogenética (figura 3). Isto significa que parte da variação das taxas metabólicas padrão, que não é explicada pela massa corpórea, mudou segundo outros parâmetros evolutivos que não o grau de parentesco das espécies.
Tabela 2. Modelos de evolução (PGLS) simplificados para uma matriz de correlação com λ=1 (Modelo 1, M1), λ=0 (Modelo 2, M2) e λ=0,5 (Modelo 3, M3). Os valores de AICc e peso (weight) para cada modelo estão expressos nas últimas linhas da tabela. Siglas: logaritmo do consumo de oxigênio à 20ºC (log10 VO220ºC);
logaritmo da massa corpórea (log10 BM); nível de significância *p<0,1; **p<0,05; ***p<0,001.
Modelos de evolução
Variável dependente
Log
10VO
220°C
M1 (λ=1) M2 (λ=0) M3 (λ=0,5)
Log
10BM
0.246
***0.244
***0.271
***(0.063)
(0.043)
(0.047)
t = 3.899 t = 5.710 t = 5.715
p = 0.0001 p = 0.000
p = 0.000
Grupos
0.151
0.126
0.222
(0.286)
(0.197)
(0.238)
t = 0.527 t = 0.638 t = 0.929
p = 0.599 p = 0.524
p = 0.353
Constante
2.097
***2.155
***1.991
***(0.777)
(0.226)
(0.351)
t = 2.698 t = 9.546 t = 5.676
p = 0,007 p < 0,001
p < 0,001
Obs. (n espécies)
62
62
62
Delta AICc
55.48
0.00
6.40
Weight
0.00
0.96
0.04
Akaike Inf. Crit. (AICc)
162.594
107.118
113.516
Note:
*p
**p
***p<0.01
Figura 5. Reconstrução ancestral com base no critério de máxima verossimilhança. As cores de azul (negativo) a vermelho (positivo) representam valores correspondentes aos resíduos da VO2 de repouso das espécies de anuros
e sua evolução ao longo da filogenia. Os gráficos de setores representam as proporções de ramos que exibem e não exigem depressão metabólica sobre os nós da filogenia. A figura foi construída com base na hipótese filogenética proposta por Pyron (2014). 5. DISCUSSÃO 5.1. Relações filogenéticas e taxas metabólicas Neste trabalho reunimos informações a respeito das taxas metabólicas padrão de 62 espécies de anfíbios anuros, distribuídas entre 17 famílias. Tomando como base os baixos valores de sinal filogenético (K próximo à zero; ver Blomberg et al., 2003), concluímos que não há estruturação filogenética das taxas metabólicas padrão em anuros. Assim, as taxas
metabólicas padrão (ou de repouso) são, sob perspectiva, plásticas na história evolutiva de anfíbios anuros, provavelmente sofrendo interferência de outros fatores ambientais, fisiológicos ou comportamentais (Wells, 2007). É bem discutido na literatura, espécies que escavam e se enterram em substratos para fugir da desidratação, outras que formam um tipo de casulo, eficaz contra a perda de água por evaporação, entre outras estratégias (Glass et al., 1997; Withers & Thompson, 2000). 5.2. Depressão metabólica e taxas metabólicas O fato de algumas espécies de anuros apresentarem depressão metabólica, não esteve relacionado a uma maior taxa metabólica padrão. Dessa forma, rejeitamos nossa hipótese inicial de que haveria um compromisso entre o custo de manutenção, estimado pela taxa metabólica padrão, e a manifestação de uma redução drástica do metabolismo quando as condições do ambiente se tornam desfavoráveis (ver Carvalho et al., 2010 para exemplos). Embora tenhamos refutado esta hipótese, sabemos que fatores que interferem direta ou indiretamente na taxa metabólica desses animais, estão relacionados também com a queda do metabolismo e ocorrência de depressão metabólica.
A manutenção da temperatura corpórea ótima em anfíbios anuros é dada, principalmente, por meios comportamentais como a seleção de microclimas adequados, determinando assim como essas espécies interagem com o seu ambiente (Mokhatla et al., 2019). Além de ser crucial para a taxa metabólica padrão, a temperatura corpórea também é crucial para outro processo fisiológico, a perda de água por evaporação. A perda de água por evaporação é particularmente pronunciada em anuros devido à alta umidade e pele permeável e, as evidências sugerem que as espécies que ocupam diferentes nichos ecológicos mostram diferenças pronunciadas nas taxas de perda de água por evaporação (Andrade and Abe, 1997; Mokhatla et al., 2019).
No entanto, alguns anuros podem suportar as condições potencialmente desidratantes impostas, por exemplo, por ambientes áridos ou semiáridos (Shoemaker and Nagy, 1977), através de estratégias anatômicas, fisiológicas e comportamentais (Withers and Thompson, 2000). Devido ao clima e/ou estações mais quentes, algumas espécies de anuros podem entrar nesse estado hipometabólico de estivação para economizar energia, diminuir a perda de água para o ambiente e evitar a dessecação (McClanahan et al., 1983). Como observamos, a depressão metabólica não está condicionada a altas taxas metabólicas padrão, mas em anuros
que estivam, por exemplo, as taxas metabólicas geralmente atingem menos de 30% dos valores de repouso (Carvalho et al., 2010).
5.3. Massa corpórea e taxas metabólicas
De acordo com nossas análises, as diferenças interespecíficas de massa corpórea explicaram, cerca de metade da variação da taxa metabólica padrão específica. A massa corpórea é, classicamente, um fator que influencia a taxa metabólica dos animais incluindo anfíbios anuros, juntamente com o nível de atividade (Navas et al., 2008). Segundo nossos resultados, a influência da massa corpórea sobre o metabolismo aeróbio de repouso foi praticamente a mesma entre as espécies que exibiam algum evento de depressão metabólica e aquelas que não ingressavam em hipometabolismo. Essa constatação de certa forma abre a possibilidade de investigarmos se outros fatores poderiam influenciar o metabolismo energético de anuros, em especial os hábitos alimentares (Timpone et al., 2019; Secor, 2005), o modo de forrageio (Taigen et al., 1982; Taigen e Pough, 1983), ou ainda a ocupação de diferentes ambientes com drásticas mudanças de produtividade primária (Withers, 1993).
5.4. Outras perspectivas sobre a ocorrência de depressão metabólica
Neste trabalho identificamos que há uma considerável variação das taxas metabólicas aeróbias de repouso em anuros, não explicadas pela variação de massa corpórea e nem pela história de parentesco das espécies. Considerando o perfil de variação nos dados, é possível que outros fatores ecológicos ou comportamentais possam se relacionar à evolução do metabolismo em anfíbios anuros. Podemos levar em consideração, por exemplo, a ecofisologia e a ocupação de diferentes ambientes, que são fatores normalmente investigados e que explicam parte da variação metabólica nos organismos (como em Mokhatla et al. (2019), Navas (1996), Chang and Hou (2005)).
Carvalho e colaboradores (2010) constaram que a maioria das espécies de anuros que ingressam em estivação ocorre em regiões áridas e semiáridas, com variação sazonal da disponibilidade de água e, consequentemente, na produtividade primária. Por outro lado, a presença de espécies de anuros que estivam em regiões florestadas é pequena, com registros ocasionais de espécies que estivam em savanas ou, no caso do Brasil, em áreas de cerrado (Abe e Garcia, 1990; Abe 1995; Bastos e Abe, 1998). Assim, podemos esperar que os eventos de depressão metabólica ocorram em espécies que ocupam ambientes de baixa produtividade
primária. Ainda, as taxas metabólicas padrão poderiam estar associadas a diferenças na disponibilidade de recursos que influenciam o balanço energético desses animais.
Os resultados desse estudo foram importantes para compreender melhor a ocorrência de depressão metabólica em anfíbios anuros e como as taxas metabólicas padrão evoluíram nas linhagens. Nossa identificação de que não existe uma correlação entre baixas taxas metabólicas padrão e a ocorrência de depressão metabólica, mostra que possivelmente existem outros fatores ainda não estudados, que ter interferido nesses eventos de variação da taxa metabólica padrão e que merecem atenção em futuros estudos. 6. CONCLUSÃO
Neste estudo testamos a relação entre a ocorrência de eventos de depressão metabólica e altas taxas metabólicas padrão (que reflete o custo de manutenção dos animais) em anfíbios anuros. A hipótese de que espécies de anuros nas quais há registro de hipometabolismo exibem as maiores taxas metabólicas padrão, foi refutada e, observamos ainda que parte da variação no consumo de oxigênio decorre da relação com a massa corpórea das espécies. O restante da variação não é estruturada filogeneticamente, o que nos permite deduzir que outros fatores ecofisiológicos podem ter sido determinantes para a evolução desse traço fisiológico importante.
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ANEXO A Tabela A1. Relação de espécies e famílias, consumo de oxigênio específico no repouso (VO2), massa corpórea média das espécies (g) e ausência (A) ou presença (P) de comportamento de depressão metabólica. Família / espécies Depressão metabólica VO2 – 20oC (mLO2/g/h) Massa Corpórea (g) Referências Hylidae
Agalychnis callidryas NÃO 0,0610 5,7 Taigen et al. 1982 Aparasphenodon brunoi NÃO 0,0603 19,13 Andrade and Ahe 1996 Corythomantis greeningi NÃO 0,0479 17,05 Andrade and Ahe 1996 Cyclorana alboguttata SIM 0,0238 20,8 Rossi et al. 2020
Cyclorana australis SIM 0,1001 44,2 Withers and Thompson 2000 Cyclorana cultripes SIM 0,1017 11,7 Withers and Thompson 2001
Cyclorana maini SIM 0,0424 5,11 Withers 1993
Cyclorana platycephala SIM 0,0296 21,86 Withers 1993
Hyla arborea NÃO 0,0770 6,3 Grafe and Thein 2000
Hyla arenicolor NÃO 0,0930 3,4 Taigen et al. 1982
Hyla chrysoscelis NÃO 0,1290 5,47 Navas 1996
Hyla cinerea NÃO 0,0410 8,87 Secor et al. 2006
Pseudacris crucifer NÃO 0,1110 1,3 Taigen et al. 1982
Dendropsophus labialis NÃO 0,0980 7,45 Navas 1996
Dendropsophus microcephalus NÃO 0,1190 0,67 Navas 1996
Hypsiboas prasinus NÃO 0,1052 4,87 Kiss et al. 2008
Osteopilus septentrionalis NÃO 0,0660 5 Taigen et al. 1982 Phyllomedusa hypochondrialis NÃO 0,0331 2,65 Gomez et al. 2006
Smilisca fodiens NÃO 0,0320 15,1 Taigen et al. 1982
Bufonidae
Bufo alvarius NÃO 0,0136 140 Secor 2005
Bufo americanus NÃO 0,0510 27 Taigen et al. 1982
Bufo boreas NÃO 0,0562 27,3 Hillman and Withers 1978
Bufo calamita NÃO 0,0580 8,7 Taigen et al. 1982
Bufo cognatus NÃO 0,0169 75,2 Secor et al. 2006
Bufo marinus NÃO 0,0336 97 Overgaard et al. 2012
Bufo terrestris NÃO 0,1671 15 Ward et al. 2006
Bufo viridis NÃO 0,0719 35,8 Gil and Katz 1995
Bufo woodhousii NÃO 0,1260 25,8 Walton and Anderson 1987
Bufo schneideri SIM 0,0313 191,7 Senzano and Adrade 2018
Ranidae
